專利名稱：一種基于知識庫并支持復(fù)雜產(chǎn)品先進(jìn)制造系統(tǒng)的語義soa集成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于知識庫并支持復(fù)雜產(chǎn)品先進(jìn)制造系統(tǒng)的語義SOA集成方法， 即一種以SOA為運(yùn)行空間，以知識庫為核心提供語義支持，以信息的知識級表示、交換、共 享和重用為目的的集成方法。該發(fā)明屬于分布式制造系統(tǒng)信息集成技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
面向服務(wù)架構(gòu)(SOA)是近年來發(fā)展迅速的一種新的信息系統(tǒng)集成框架，采用SOA 技術(shù)框架實現(xiàn)企業(yè)異構(gòu)信息系統(tǒng)間的集成已得到業(yè)界認(rèn)可。SOA解決了傳統(tǒng)集成系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 復(fù)雜且靈活性差、無法適應(yīng)分布式企業(yè)環(huán)境下不同企業(yè)間的動態(tài)業(yè)務(wù)需求與企業(yè)內(nèi)部業(yè)務(wù) 流程的實時變化等問題，為新一代的復(fù)雜產(chǎn)品先進(jìn)制造集成系統(tǒng)提供了一個靈活的、易集 成、易實現(xiàn)的平臺。盡管SOA給信息系統(tǒng)集成帶來許多優(yōu)勢，但基于SOA的集成系統(tǒng)仍然存 在著語義異構(gòu)、系統(tǒng)集成智能程度不高等問題。 知識庫是結(jié)構(gòu)化、易操作、易利用、全面有組織的知識集群，是對某一 (或某些)領(lǐng) 域問題求解需求，采用某種(或若干)知識表示方式在計算機(jī)中存儲、組織、管理和使用的 互相聯(lián)系的知識集合。目前，知識庫已成為信息系統(tǒng)、軟件、人工智能、數(shù)據(jù)庫、知識工程等 領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，國內(nèi)外有大量研究報道。知識庫已在決策支持系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、P匿、CAPP 等方面取得了良好的應(yīng)用效果，可以預(yù)見其旺盛的生命力和美好的發(fā)展前景。針對基于SOA 的復(fù)雜產(chǎn)品先進(jìn)制造集成系統(tǒng)中存在的問題和不足，引入知識庫建模架構(gòu)對語義S0A集成 系統(tǒng)中的知識和服務(wù)進(jìn)行組織和建模，建立面向復(fù)雜產(chǎn)品先進(jìn)制造系統(tǒng)的知識庫，進(jìn)而提 供語義支持。

發(fā)明內(nèi)容
(1)目的本發(fā)明涉及一種基于知識庫并支持復(fù)雜產(chǎn)品先進(jìn)制造系統(tǒng)的語義S0A 集成方法，即一種以S0A為運(yùn)行空間，以知識庫為核心提供語義支持，以信息的知識級表 示、交換、共享和重用為目的的集成方法。通過利用知識庫對SOA集成系統(tǒng)中的知識和服務(wù) 進(jìn)行組織存儲從而提供語義基礎(chǔ)，利用語義S0A作為集成手段對知識庫中的語義信息進(jìn)行 推理和應(yīng)用，以解決集成系統(tǒng)語義異構(gòu)問題，并最終達(dá)到提高系統(tǒng)集成智能化目的。
(2)技術(shù)方案語義S0A以服務(wù)為核心，一切活動圍繞服務(wù)展開，并通過知識庫提 供知識管理與語義支持，主要分為服務(wù)實現(xiàn)層、服務(wù)表示層、服務(wù)操作層以及服務(wù)應(yīng)用層四 個層次。 最底層是服務(wù)實現(xiàn)層。在復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計制造過程中，有許多分布、異構(gòu)和動態(tài)的資 源，包括計算資源、軟件資源、存儲資源等。要想讓這些異構(gòu)資源更好地為復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計制 造提供更多便利的服務(wù)，就需要對這些資源進(jìn)行集成，把現(xiàn)有的各種資源封裝成服務(wù)，同時 也可以把現(xiàn)有的服務(wù)和資源封裝成新的服務(wù)，為S0A集成系統(tǒng)提供最基本的元素，即服務(wù)。
服務(wù)表示層提供語義S0A集成框架的語義基礎(chǔ)。當(dāng)完成服務(wù)創(chuàng)建、服務(wù)部署的工作后，服務(wù)則成為可用元素。下一步最重要的是如何實現(xiàn)服務(wù)的描述，為服務(wù)查詢和調(diào)用提 供數(shù)據(jù)支持。傳統(tǒng)的WSDL和UDDI模式能在一定程度上滿足用戶的需求，但只能限制在語 法層次，無法上升到語義層次。采用OWL-S和知識庫將服務(wù)進(jìn)行語義化描述和管理，能使服 務(wù)描述被計算機(jī)所理解，進(jìn)一步被自動處理和應(yīng)用。同時，領(lǐng)域本體可以對服務(wù)描述進(jìn)行深 層次的擴(kuò)充和處理，使對服務(wù)的描述上升到語義層次。 服務(wù)操作層是語義SOA集成框架的實現(xiàn)層。服務(wù)的最終目的是為了能被查詢和調(diào) 用，為服務(wù)使用者提供便利。所以在服務(wù)使用者和服務(wù)之間，必須提供相應(yīng)的語義服務(wù)操 作，主要包括語義服務(wù)標(biāo)注、擴(kuò)充、注冊、匹配、分解、組合、調(diào)用等，這些操作在知識庫的語 義支持下來完成。 服務(wù)應(yīng)用層提供相應(yīng)的對外接口 ，主要包括兩部分， 一部分是用戶接口 ，與用戶進(jìn) 行交互，采用B/S結(jié)構(gòu)，使服務(wù)提供者和服務(wù)使用者能夠發(fā)布、修改、查詢服務(wù)；另一部分是 智能系統(tǒng)接口，實現(xiàn)語義SOA系統(tǒng)與其它智能系統(tǒng)的對接，實現(xiàn)自動的服務(wù)發(fā)布、查詢以及 調(diào)用等操作。 本發(fā)明提出基于知識庫的、支持復(fù)雜產(chǎn)品先進(jìn)制造系統(tǒng)的語義SOA集成框架，通 過利用知識庫對SOA集成系統(tǒng)中的知識和服務(wù)進(jìn)行組織存儲從而提供語義支持，利用語義 SOA作為集成手段對知識庫中的語義信息進(jìn)行推理和應(yīng)用，以解決集成系統(tǒng)語義異構(gòu)問題， 最終達(dá)到提高系統(tǒng)集成智能化和自動化的目的。


圖1是基于知識庫并支持復(fù)雜產(chǎn)品先進(jìn)制造系統(tǒng)的語義SOA體系框架圖； 圖2是知識庫組成結(jié)構(gòu)圖； 圖3是基于知識庫的語義SOA實現(xiàn)流程圖； 圖4是服務(wù)語義匹配流程圖； 圖5是服務(wù)語義分解流程圖； 圖6是服務(wù)語義調(diào)用流程具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。 本發(fā)明包括一種基于知識庫的、支持復(fù)雜產(chǎn)品先進(jìn)制造系統(tǒng)的語義SOA體系框架 以及該框架下知識庫的組織和建立，以及語義SOA實現(xiàn)流程，如圖1和圖3所示。語義SOA 實現(xiàn)流程主要分為四個過程知識庫建立、服務(wù)語義發(fā)布、服務(wù)語義查詢、以及服務(wù)語義調(diào) 用。具體實現(xiàn)步驟如下 第一步，建立面向復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計制造全生命周期的知識庫，主要包括領(lǐng)域本體庫、 服務(wù)庫和案例庫，如圖2所示。 首先，通過捕獲復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計制造相關(guān)領(lǐng)域的知識，提供對相關(guān)領(lǐng)域的共同理解， 確定相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)共同認(rèn)可的詞匯，并從不同層次的形式化模式上給出這些詞匯(術(shù)語)及 詞匯間相互關(guān)系的明確定義，采用Stanford大學(xué)開發(fā)的Prot6g6作為建模工具，采用OWL 作為建模語言，采用改進(jìn)的七步法作為建模方法，建立領(lǐng)域本體庫，進(jìn)而提供人機(jī)之間、機(jī) 器和機(jī)器之間互相理解的語義。
其次，根據(jù)語義S0A過程的不同應(yīng)用，將服務(wù)描述定義為五種本體類型，以便從不 同抽象級別上對服務(wù)進(jìn)行語義化描述。這五種本體為預(yù)服務(wù)本體、服務(wù)本體、預(yù)請求本體、 請求本體、應(yīng)用本體。以O(shè)WL-S editor和OWL-S API作為建模工具，以Jena和Racer作為 推理工具，以O(shè)WL-S作為建模語言，對以上服務(wù)庫中的五大類型本體進(jìn)行建模和應(yīng)用。
再次，案例是指將語義SOA過程中的每次服務(wù)請求、匹配結(jié)果、應(yīng)用本體以及執(zhí) 行評價等，按一定的組織方式存貯起來，積累成案例庫。案例可以定義為一個五元組C = 〈PR0，R0，MR，A0，QE〉。其中PRO、R0、AO是服務(wù)庫中包含的內(nèi)容；MR是服務(wù)查詢過程中匹配 結(jié)果的集合；QE是所選服務(wù)執(zhí)行后質(zhì)量評價的集合。選擇以面向?qū)ο蟊硎痉椒ㄟM(jìn)行案例表 示，以O(shè)WL作為案例描述語言，以O(shè)WL中類概念的具體實例來存儲案例信息。
第二步，服務(wù)語義發(fā)布過程是由服務(wù)提供者發(fā)起，在知識庫的支持下，實現(xiàn)從服務(wù) 構(gòu)建、部署，到服務(wù)注冊的過程，主要分為以下幾個步驟 首先，需要構(gòu)建和部署服務(wù)。服務(wù)的構(gòu)建階段包括開發(fā)和測試服務(wù)發(fā)現(xiàn)、定義服務(wù) 接口描述和定義服務(wù)實現(xiàn)描述。服務(wù)的實現(xiàn)主要有3種方法創(chuàng)建新的服務(wù)、把現(xiàn)有的應(yīng)用 程序封裝成服務(wù)以及將其它服務(wù)和應(yīng)用程序組成新的服務(wù)。服務(wù)構(gòu)建以后，需要將服務(wù)的 可執(zhí)行文件部署到相應(yīng)的執(zhí)行環(huán)境中去。 其次，服務(wù)提供者提供服務(wù)描述的WSDL文件和服務(wù)相關(guān)信息，利用相應(yīng)的語義標(biāo) 注工具，生成相應(yīng)0WL-S格式的預(yù)服務(wù)本體，同時存儲到知識庫中。 再次，預(yù)服務(wù)本體中仍存在語義異構(gòu)問題，需要進(jìn)一步對預(yù)服務(wù)本體進(jìn)行分析，同 時從領(lǐng)域本體中抽取相應(yīng)的語義信息，對預(yù)服務(wù)本體進(jìn)行語義擴(kuò)充，生成服務(wù)本體。抽取服 務(wù)本體中的部分信息，注冊到服務(wù)中介中去，以便服務(wù)查找匹配時使用；最后，服務(wù)本體存 儲到知識庫中。 第三步，服務(wù)語義查詢過程是語義S0A應(yīng)用最重要的一個過程，是由服務(wù)請求者 發(fā)起，完成從服務(wù)請求到應(yīng)用本體的全過程。服務(wù)語義查詢過程包括4個子過程語義請 求、語義匹配、語義分解、語義組合。 首先是語義請求過程。服務(wù)請求者輸入服務(wù)請求信息，利用相應(yīng)的語義標(biāo)注工具， 生成相應(yīng)的以0WL-S描述的預(yù)請求本體，同時存儲到知識庫中。預(yù)請求本體中仍存在語義 異構(gòu)問題，需要進(jìn)一步對預(yù)請求本體進(jìn)行分析。同時從領(lǐng)域本體中抽取相應(yīng)的語義信息，對 預(yù)請求本體進(jìn)行語義擴(kuò)充，生成請求本體。請求本體被存儲到知識庫中，同時服務(wù)的部分信 息被存儲到服務(wù)注冊中心。 其次是語義匹配過程，參見圖4。根據(jù)用戶的請求生成相應(yīng)的請求本體，按照匹配 算法，首先與案例進(jìn)行匹配，如果成功，生成相應(yīng)的匹配結(jié)果。如果不成功，則在服務(wù)庫進(jìn)一 步進(jìn)行匹配，匹配成功，則生成匹配結(jié)果。如果在案例庫和服務(wù)庫中均匹配不到合適的服 務(wù)，則進(jìn)入語義分解過程。 再次是語義分解過程，參見圖5。在語義分解過程中，在領(lǐng)域本體和服務(wù)本體的語 義支持下，語義分解過程和語義匹配過程共同作用，完成對用戶請求的分解。語義分解過 程有兩種結(jié)果如果分解不成功，則請求失??；如果分解和匹配均成功，則進(jìn)入語義組合過程。 最后是語義組合過程。根據(jù)服務(wù)分解的情況以及領(lǐng)域本體和服務(wù)本體的語義支 持，對服務(wù)分解匹配后的結(jié)果進(jìn)行語義組合，生成匹配結(jié)果。
第四步，服務(wù)語義調(diào)用過程是將匹配到的服務(wù)經(jīng)用戶選擇并進(jìn)行調(diào)用的過程，參 見圖6。在服務(wù)語義查詢過程中最后得到的匹配結(jié)果有多種。首先由服務(wù)請求者進(jìn)行選擇， 根據(jù)選擇結(jié)果自動生成應(yīng)用本體，存儲在知識庫中。同時，由應(yīng)用本體指導(dǎo)，解析需調(diào)用服 務(wù)對應(yīng)的服務(wù)本體，對服務(wù)調(diào)用過程進(jìn)行語義前處理，并生成相應(yīng)的處理結(jié)果。在處理結(jié)果 的指導(dǎo)下，調(diào)用相應(yīng)服務(wù)，并將結(jié)果返回給服務(wù)請求者。
權(quán)利要求
一種基于知識庫并支持復(fù)雜產(chǎn)品先進(jìn)制造系統(tǒng)的語義SOA集成方法，該方法的特征在于基于知識庫并支持復(fù)雜產(chǎn)品先進(jìn)制造系統(tǒng)的語義SOA體系框架以服務(wù)為核心，一切活動圍繞服務(wù)展開，并通過知識庫提供知識管理、服務(wù)管理、案例管理與語義支持，自底向上分為四層，分別為服務(wù)實現(xiàn)層、服務(wù)表示層、服務(wù)操作層以及服務(wù)應(yīng)用層；該方法包括以下步驟步驟1)引入知識庫建模架構(gòu)對語義SOA集成系統(tǒng)中的知識和服務(wù)進(jìn)行組織和建模，建立面向語義SOA的知識庫；步驟2)服務(wù)實現(xiàn)層將復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計制造過程中計算資源、軟件資源、存儲資源分布、異構(gòu)和動態(tài)的資源進(jìn)行集成，并封裝成服務(wù)，也可以把現(xiàn)有的服務(wù)和資源封裝成新的服務(wù)同時將服務(wù)部署到相應(yīng)的發(fā)布容器中，為集成系統(tǒng)提供最基本的元素即服務(wù)；步驟3)服務(wù)表示層將步驟2中產(chǎn)生的服務(wù)進(jìn)行語義化描述和管理，并將服務(wù)的描述上升到語義層次，使服務(wù)描述能被計算機(jī)所理解，進(jìn)一步被自動處理和應(yīng)用，最后存儲到步驟1中建立的知識庫中，為步驟4提供語義基礎(chǔ)；步驟4)服務(wù)操作層根據(jù)步驟1中知識庫提供的語義信息和步驟2中部署的服務(wù)，進(jìn)行相應(yīng)的語義操作，包括服務(wù)語義標(biāo)注、擴(kuò)充、注冊、匹配、分解、組合、調(diào)用；步驟5)服務(wù)應(yīng)用層提供相應(yīng)的對外接口，實現(xiàn)與用戶或其它智能系統(tǒng)的動態(tài)交互，同時將相應(yīng)信息傳遞給步驟4中的服務(wù)操作層進(jìn)行語義處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所說的方法，其特征在于步驟1中所說的知識庫由三部分組成領(lǐng) 域本體庫、服務(wù)庫、案例庫。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所說的方法，其特征在于步驟1中建立的領(lǐng)域本體庫是指捕獲復(fù) 雜產(chǎn)品設(shè)計制造全生命周期的知識，提供對領(lǐng)域知識的共同理解，確定相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)共同認(rèn) 可的詞匯，進(jìn)而解決語義異構(gòu)問題，實現(xiàn)語義的一致性和完整性。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所說的方法，其特征在于步驟1中建立的服務(wù)庫是對語義S0A實 現(xiàn)過程中服務(wù)的語義化描述，是動態(tài)生成的，且服務(wù)庫能提供機(jī)器可理解的、能自動處理的 語義支持；服務(wù)庫包括五種本體類型預(yù)服務(wù)本體、服務(wù)本體、預(yù)請求本體、請求本體和應(yīng) 用本體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所說的方法，其特征在于步驟1中建立的案例庫對集成系統(tǒng)中服 務(wù)查詢的全過程進(jìn)行表示和組織進(jìn)而應(yīng)用，提高SOA集成的智能性。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所說的方法，其特征在于步驟2所說的服務(wù)封裝是指將各種復(fù)雜 產(chǎn)品設(shè)計制造過程中各種服務(wù)在Web服務(wù)描述語言WSDL標(biāo)準(zhǔn)框架及規(guī)范下生成服務(wù)描述 文檔，同時生成相應(yīng)的服務(wù)接口。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所說的方法，其特征在于步驟2所說的服務(wù)部署是指將封裝好的 服務(wù)部署到相應(yīng)的服務(wù)容器中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所說的方法，其特征在于步驟3中所說的服務(wù)的語義化描述和管 理，采用0WL-S和知識庫將服務(wù)進(jìn)行語義化描述和管理，能使服務(wù)描述被計算機(jī)所理解，進(jìn) 一步被自動處理和應(yīng)用；同時，領(lǐng)域本體可以對服務(wù)描述進(jìn)行進(jìn)一步擴(kuò)充和處理，使對服務(wù) 的描述上升到語義層次。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所說的方法，其特征在于步驟4中所說的語義操作，在知識庫的語 義支持下，在服務(wù)使用者和服務(wù)之間提供相應(yīng)算法和中間件，實現(xiàn)自動的服務(wù)發(fā)布、查詢以及調(diào)用操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所說的方法，其特征在于步驟5中所說的對外接口，包括兩部分， 一部分是用戶接口，與用戶進(jìn)行交互，采用B/S結(jié)構(gòu)，使服務(wù)提供者和服務(wù)使用者能夠發(fā) 布、修改或者查詢服務(wù)；另一部分是智能系統(tǒng)接口，實現(xiàn)語義SOA系統(tǒng)與其它智能系統(tǒng)的對 接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于知識庫并支持復(fù)雜產(chǎn)品先進(jìn)制造系統(tǒng)的語義SOA(Service-oriented Architecture)集成方法。該方法是以SOA為運(yùn)行空間，以知識庫為核心提供語義支持，提出了一種語義SOA體系框架，以及該框架下知識庫的組織和建立以及語義SOA實現(xiàn)方法。本發(fā)明借助現(xiàn)有語義Web思想、SOA架構(gòu)和知識庫建模架構(gòu)，針對復(fù)雜產(chǎn)品先進(jìn)制造系統(tǒng)的特點(diǎn)和具體要求，對知識庫中領(lǐng)域本體、服務(wù)本體、案例本體的組織和表示以及知識庫支持下語義SOA實現(xiàn)中的服務(wù)語義發(fā)布、查詢、調(diào)用等六大關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了設(shè)計和闡述。以期解決集成系統(tǒng)語義異構(gòu)問題，并最終達(dá)到提高系統(tǒng)集成智能化和自動化的目的。
文檔編號G06F9/44GK101794218SQ20091024120
公開日2010年8月4日 申請日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者叢凱, 宋曉, 張霖, 陶飛 申請人:北京航空航天大學(xué)